蔡邦肖
（國家海洋局第二海洋研究所，杭州）

　　利用太陽能反滲碳透法淡化海水是八十年代初開的技術(shù)。本文闡明太陽能硅電池產(chǎn)生的電源直接用于反滲秀海水淡化系統(tǒng)，地域適應性強，流程簡單，維護運行方便。生產(chǎn)1m³淡化耗電9kWh，反滲透產(chǎn)品水可作為飲用水或工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。

一、前言

　　反滲透海水淡化運行的必要條件之一是需有驅(qū)動高壓泵的電能。太陽光發(fā)電技術(shù)在海水淡化系統(tǒng)中的應用，使反滲透法能夠在無商用電源或電力緊張的地區(qū)特別是海島和沙漠地區(qū)淡化海水、苦咸水成為可能。
　　八十年代初，以太陽能電池為源的反滲海水淡化裝置開始在世界上運行。本文以日本沖繩市瀨戶和因島市細島兩個太陽能反透滲法海水淡化系統(tǒng)為例，闡述太陽能反滲透海水淡化系統(tǒng)的利用技術(shù)及其目前的水平，初步給出系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計參數(shù)與工藝流程，同時淺析太陽能反滲透海水淡化技術(shù)的可行性、實用性與經(jīng)濟性，從而展望太陽能反滲透海水淡化技術(shù)的前景。

二、沖繩市瀨戶太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)

　　沖繩市瀨戶太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)位于瀨戶離海岸較遠的地帶，由日立制造船有限公司于1982年底開始建造、1983年1月開始正式運轉(zhuǎn)，日產(chǎn)水量15m³，反滲透產(chǎn)品水經(jīng)后處理成飲料水。當時尚缺乏利用太陽光發(fā)電作為反滲透裝置動力源的經(jīng)驗，因而該系統(tǒng)采用了太陽光發(fā)電負擔裝置的一半動力電源，另一半由商用電源以蓄電池方式供電。沖繩市太陽能發(fā)電為動力源的日產(chǎn)15m3海水淡化裝置的太陽能電池與反滲透裝置的概況分別列于表1、表2。
　　沖繩市太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)流程如圖1所示。由于PEC-1000膜耐氧化性能較差，因此在給水中必須添加60mg/L二亞硫酸鈉（SBS），1.5mg/L滅菌用的次氯酸鈉，2mg/L作為砂濾槽凝聚劑的氯化鐵。這些化學藥品每星期補加一次。

表1 沖繩市反滲透海水淡化系統(tǒng)的太陽能電池 　 型式 單晶硅 太陽能電池 效率 12%（120Wp/m²） 排列枚數(shù)與連接方式 152枚，19S×8Pa 有效總面積 43m² 最大容量 5320Wp 蓄電池容量 252V×45AmpH 直交變換器 型式 可控硅變換器 容量 3.5kVA.220V.3φ，60Hz

表2 沖繩市太陽能反滲透海水淡化裝置 RO膜型式 東麗PEC-1000卷式膜 RO組件數(shù) φ4″×12個 脫鹽率（%） ≥99.7 產(chǎn)水量（m³/d） ≥15 高壓泵 0.9m3/h×60×105Pa 2臺 馬 達 2.2kW/臺 RO裝置電耗 ≤5.64kW RO生產(chǎn)1m³淡化的電耗 ≤9kW

　

表3 沖繩市瀨戶太陽能反滲透海水淡化系統(tǒng)年度生產(chǎn)運行性能 月 太陽能電池的發(fā)電量（kWh/d) 日產(chǎn)水量（m³） 單位膜面積日產(chǎn)水量（L/m²） 生產(chǎn)效率（%） 1 108.12 11.75 30.50 62 2 132.88 14.44 37.49 76 3 160.66 17.46 45.33 92 4 169.72 18.45 47.90 97 5 175.16 19.04 49.43 100 6 155.22 16.87 43.80 89 7 158.24 17.20 44.65 90 8 172.14 18.71 48.57 98 9 146.56 15.82 41.07 83 10 144.36 15.69 40.73 82 11 121.40 13.20 34.27 69 12 103.28 11.23 29.16 59 平均 145.56 15.82 41.07 83

　　根據(jù)當?shù)氐臍庀髼l件，如果一點都不用外部電源，就需要有60kWp的太陽能電池。表3列出了沖繩市瀨戶太陽能反滲透海水淡化系統(tǒng)從1983年1月至1984年10月期間每月生產(chǎn)運行性能性能。從表中可以看出，日照時間和日輻射量不同，太陽能電池的發(fā)電量大不相同，從而顯著地影響反滲透產(chǎn)水量。5月份產(chǎn)水量最高，12月份產(chǎn)水量最低。1、2、11、12這四個月的產(chǎn)水量達不到設(shè)計值(日產(chǎn)15m3淡水)。因此，由于氣象條件原因在太陽能電池供電不足時，采用蓄電池供電以維持正常的產(chǎn)水量是一個較為可取的工藝。

三、因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)

　　因島市細島太陽能反透滲法海水淡化系統(tǒng)位于因島西北方向約500m的瀨戶內(nèi)海的中央部位的小島——細島上。該島面積0.76km²，入口約100人，居民以農(nóng)業(yè)為主。該海水淡化系統(tǒng)是造水促進中心受新能源綜合開發(fā)機構(gòu)委托于1985年開始開發(fā)的。首先進行了地區(qū)選定條件的研究，基本工藝的設(shè)計，以及以氣象資料為基礎(chǔ)的發(fā)電量、造水量的模擬試驗。據(jù)此在1985—1986年進行了系統(tǒng)的詳細設(shè)計和制作，1986年末完成了淡化裝置的建造并進行了試運轉(zhuǎn)，1987年和1988年進行該系統(tǒng)的實際運轉(zhuǎn)研究，尋求系統(tǒng)的最佳化，最后進行綜合評價。
　　因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)占地面積2500m²。太陽能電池系列組合了單晶硅和多晶硅，總?cè)萘繛?0.4kWp，其中多晶硅為3.1kWp，其余為單晶硅。海水淡化系列設(shè)置了兩級反滲透，一級反透滲生產(chǎn)飲料水，二級反滲透將一級的產(chǎn)品水進一步淡化后作為農(nóng)業(yè)耕作栽培用水。表4列出了該太陽能反滲透海水淡化系統(tǒng)的概況。
　　因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)的流程如圖2所示。該系統(tǒng)中各種供料泵全部由太陽能電池產(chǎn)生的直流電驅(qū)動，氣象儀器、照明、空調(diào)等控制設(shè)備的電源為商用電源，因此太陽能電油的電能幾乎沒有因直交變換而損失。

　　目前尚未見到因島市細島太陽能反滲透法海水淡化系統(tǒng)的實際運行結(jié)果，但是根據(jù)1986年試運轉(zhuǎn)的結(jié)果及氣象資科所作模擬計算，可知該系統(tǒng)年間平均每天的產(chǎn)水量為：一級反滲透5.5m³，二級反滲透4.9m³。紹島居民從1987年開始可以飲用該海水談化系統(tǒng)生產(chǎn)的淡水，同時該島平均每天需4.5m³農(nóng)業(yè)耕作栽培用的淡水也開始由該淡化系統(tǒng)供給。

四、結(jié) 語

　　太陽能電池供電的反滲透海水淡化系統(tǒng)，由于不用外部電源，因此在海島和沙漠地區(qū)建造和運行具有明顯的優(yōu)越性。淡化系統(tǒng)中配備一定容量的蓄電池，可以消除年度間氣象、日照等因素對反滲透產(chǎn)水量的影響。為了使反滲透系統(tǒng)適應日輻射量的變化，可將太陽能電池進行直列式或并列式組合，淡化系統(tǒng)進行單列式或復列式組合，以提高海水淡化系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。
　　反滲透淡化系統(tǒng)的二分之一以上的電耗是用于泵送海水到反滲透膜。因此，在提高反滲透膜的性能，使反滲透裝置緊湊化，進一步改進談化系統(tǒng)的工藝流程的同時，在反滲透設(shè)備上配置能量回收裝置，則可望將現(xiàn)行的反滲透設(shè)備從海水制取1m³淡水的電耗從9—10kWh下降到6—7kWh。

參 考 文 獻

　　[1]佐藤根 弘之，造水技術(shù)，12(1986)，2，23—25.
　　[2]久保田 昌治等，造水技術(shù)，13(1987)，3，31—32.